光接入模式與光接入建設方案淺談

李文龍

【摘要】隨著人們對高帶寬的不斷追求,光接入技術越來越受到重視。文章首先分析了我國寬帶發展現狀,然后介紹了目前討論最多的幾種光接入技術(P2P、EPON和GPON)和光接入模式(FTTx),從建設成本等方面闡述了在建網時FTTx方案的選擇。

【關鍵詞】光接入技術FTTxP2PEPONGPON

1 引言

隨著我國社會信息化的飛速發展、商業競爭的日趨激烈及生活娛樂的多樣化,迫切地想利用網絡獲取信息或進行網上交易、宣傳、互聯、游戲等的用戶持續地大幅增多,對通信的要求已逐漸從窄帶電話、傳真業務向可視電話、IPTV、視像點播(VOD)、圖文檢索和高速數據等寬帶新業務領域延伸。用戶期待著高速度、多功能、服務完善的寬帶網絡,這樣就對接入承載網絡提出了更高的帶寬要求。

我國寬帶接入市場現階段的基本特點可概括為:(1)隨著IPTV等寬帶應用的起步,DSL的提速改造、接入網管控及QoS性能提升成為了現階段運營商的工作重心;(2)光進銅退的趨勢加速,針對商業用戶的點對點FTTB應用已日益普及,PON也開始在FTTB/FTTC、FTTO、FTTH等不同場合得到局部應用,發展潛力巨大;(3)FTTx+xDSL方式仍然是現階段的主要建設模式。

2 光接入技術

光接入的技術選擇主要涉及三大問題:一是選擇點對多點的PON還是點對點(P2P)光接入;二是如果選擇PON,采用哪種PON技術;三是如果選擇P2P,采用哪種P2P光接入技術。這里我們重點分析前兩個問題。

在實際應用中,采用P2P光接入還是PON往往取決于網絡的物理拓撲及用戶的分布狀況。如果網絡更適合部署成樹型拓撲結構,PON無疑是最合適的,例如許多新興的工業開發區、大型住宅小區,客戶接入點的分布呈樹狀,可以很方便地部署PON;如果是單個用戶的接入,點對點的有源光接入更合理,如許多分散的商業大客戶接入。另外光纖越靠近用戶,光接入的用戶密度越大,引入PON的價值就越大,如對于FTTH,PON就是最經濟有效的技術手段。

2.1 點對點有源以太網系統(P2P)

FTTH網絡中的點對點接入技術是將電信號轉換成光信號進行長距離的傳輸,上下行帶寬都可以達到100Mbps甚至1Gbps。采用點對點方式實現FTTH具有產品成熟、結構/技術簡單、安全性較好的特點,在日本和美國已廣泛應用。其主要優點如下:

a)帶寬有保證,每用戶可以在配線段和引入線段獨享100Mbps乃至1Gbps帶寬;

b)集中在小區機房配線,易于放號、維護和管理;

c)設備端口利用率高,可以根據接入用戶數的增加而逐步擴容,在低密度用戶分布地區成本較低;

d)由于用戶可獨立享有一根光纖,因此信息安全性較好;

e)傳輸距離長,服務覆蓋區域廣。

但這種技術最大的缺點是需要鋪設大量的光纖和光收發器,在大規模應用情況下網絡鋪設困難,設備成本也很難再下降,甚至會上升。

2.2 點對多點無源光網絡系統(PON)

目前主流的PON技術主要有EPON和GPON,其主要差異在于采用了不同的二層技術。EPON(或稱為GEPON)可以支持1.25Gbps對稱速率。GPON在二層采用GEM(源自ITU-T定義的GFP)對Ethernet、TDM、ATM等多種業務進行封裝映射,能提供1.25Gbps和2.5Gbps兩種下行速率和所有標準的上行速率,并具有強大的OAM功能。另外,WDM-PON被認為是下一代光接入技術,能透明傳輸各種協議的所有業務流,不需改變物理設備就可以升級帶寬,能夠適應未來很長時間的帶寬需求。同時由于WDM-PON為每個ONU分配一個波長,不同用戶之間不共享信息,因此不會像TDM-PON那樣因所有用戶收到的信號相同而產生安全問題。

作為當下PON的兩大熱點技術,EPON的顯著優勢在于產品商用較早,設備成本較低;缺點是標準定義簡單,缺乏完善的QoS和OAM機制。而GPON的顯著優勢在其性能方面,如更高的速率和傳輸效率,對TDM業務的更好支持,更強的OAM功能,更高的標準化程度。

(1)EPON

EPON可提供上下行對稱1.25Gbps的傳輸速率,下行10Gbps的傳輸速率正在研究中。從結構上看,EPON極大地簡化了傳統的多層重疊網結構,主要優點如下:

a)消除了ATM和SDH層,從而降低了初始成本和運行成本;

b)下行業務速率可達1Gbps,允許支持更多用戶和更高帶寬;

c)硬件簡單,無須室外電子設備,使安裝部署工作得以簡化;

d)可以大量采用以太網技術成熟的芯片,實現較簡單,成本低;

e)改進了電路的靈活指配、業務的提供和重配置能力;

f)提供了多層安全機制,諸如VLAN、閉合用戶群和支持VPN等。

EPON的主要缺點如下:

a)設備互操作性差;

b)總效率較低;

c)沒有基于標準的運營維護信道進行監測、診斷和配置OLT(光線路終端);

d)設計沒有考慮直接支持以太網以外的業務,多業務支持能力較差。

(2)GPON

GPON的主要優點:

a)相對其他PON技術,GPON在速率及其靈活性、傳輸距離和分路比方面有優勢:傳輸距離至少達20km,分路比最大為1:64;

b)適應任何用戶信號格式和任何傳輸網絡制式,無需附加ATM或IP封裝層,封裝效率高,提供業務靈活;

c)可以直接高質量、靈活地支持實時的TDM語音業務,延時和抖動性能很好;

d)在運營維護和網管方面,比EPON有更大改進。

GPON的主要缺點是技術成熟度不如EPON,難度較高,使設備成本較高。

(3)GPON與EPON比較

從設備性能來看,GPON要強于EPON。首先,GPON在多業務支持方面有優勢,GPON可以支持ATM、TDM、SONET/SDH、以太網等多種協議,其使用標準的125μs固定幀結構提供對TDM業務的天然支持。而EPON,目前主要是由各設備廠商采用各種TDM over Ethernet技術來提供對TDM的支持,性能方面稍弱。特別有部分設備制造商干脆把寬帶與窄帶在OLT的上聯就分開處理,而不是通過QoS來實現。其次,GPON的下行速率可達2.5Gbps,是EPON的兩倍,而且GPON的傳輸效率也要比EPON高30%左右。

從標準上看,GPON在網絡管理和QoS保障方面考慮得更全面。GPON標準中定義的OAM信息比EPON標準定義的更為豐富;對于實時業務,GPON可以通過物理層的QoS機制來保證業務的帶寬和延時要求。再者,GPON理論上可支持高達128的分路比,這意味著一套GPON系統有可能支持更多用戶。此外,由ITU-T定義的GPON標準化程度更高、更完善,設備間的互通會更容易。但從具體設備上看,各EPON廠商在安全、QoS和OAM等方面也在不斷改進。

綜上所述,EPON與GPON現階段在我國會并存,在實際網絡部署時,需要對具體應用環境、設備性能和成本等因素做綜合評估后進行選擇。

3 FTTx方案選擇

事實上,網絡建設技術的選擇只是一方面;另一方面,FTTx解決方案的選擇在給運營商帶來新的希望的同時,也帶來了困擾。建設的周期、成本、現網資源的利用及業務預測,成了運營商選擇具體方案時感到頭疼的問題。

3.1 建設成本

FTTx網絡的建設成本主要由三部分組成:施工人力成本、網絡設備成本和光纖分配網絡的物料成本。

受光纖自身特性所限,光纜鋪設施工難度較銅質纜線大很多,使得施工的人力成本占FTTx整網成本很大的比例。

在FTTB的場景下,網絡設備成本約占整網成本的50%,其中包括局端OLT設備和終端ONU(光網絡單元)設備。

光纖分配網絡的物料成本占整網建設成本的15%左右,包括光纜、交接箱、分光器、分纖盒、熔纖盤、光纖連接器等。隨著光纖生產技術的成熟和普及,目前光纜的市場價格已低于普通銅質纜線的價格,且會隨時間推移繼續下降。FTTB的瓶頸不在于光纖本身的價格,而在于重新鋪設用戶線纜的代價比較大。

3.2 FTTx模式對建設成本的影響

目前電信運營商提出的“光進銅退”戰略,實際上就是將DSL網絡和用戶逐漸轉化為FTTx網絡和用戶的演進戰略,這種演進能在很大程度上保護運營商在銅線上的已有投資;同時,與FTTH相比,FTTB/C投資成本能大幅下降,這也將成為影響運營商建網思路的一個重要因素。

在FTTH建網模式里,從局端到用戶家里的光纜一共分為三段:主干部分、配線部分和入戶部分。考慮到一般較發達地區市政工程要求都比較嚴格,光纜通常選擇走地下管道的方式,而該方式比架空方式的施工難度和成本都高。通常在基于GPON的FTTH網絡模式里,主干光纜和配線光纜由多個用戶共享,費用共同分攤,而入戶段光纜則由每用戶獨占。由于室內布線對光纜的技術標準要求更高,入戶段光纜每米成本比主干和配線段光纜都高。

相比而言,在FTTB模式里,光纖到大樓后,利用已有的銅質纜線作為最后幾百米的接入以替代入戶段光纜,而銅雙絞線的終端比xPON的終端要便宜很多,價格僅相當于后者的1/6左右。但是,FTTB模式需要在樓道里增加有源設備和安裝環境,以提供光纖上行、銅質電纜下行。

基于目前國內各運營商的研究分析,盡管FTTB和FTTC模式需要比FTTH模式多考慮有源設備的供電、機房建設或租用、機柜集成等問題,但這些費用遠遠低于每用戶在入戶光纜部分的投入。

在國內,中國電信等運營商在考慮成本的基礎上,主要是采用了“EPON:FTTB+LAN+窄帶”或是“EPON:FTTB+DSL”方式;而像中國移動這樣現金流比較充裕的運營商,直接采用GPON方式進行建網。

3.3 FTTx方案、問題及解決

(1)FTTC模式

在FTTC模式下,故障點相對較少,維護較便利,運營投入方面耗電主要來自于小區機房xDSL設備、蓄電池和小區機房空調,電費較高。這種方式無法脫離原有的帶寬限制,只是作為建設FTTH的過渡階段,其最大好處在于:減少接入網中銅介質在主干線中的應用,減少由于日益猖狂的盜偷電纜而造成的網絡故障及維護成本。

(2)FTTB+xDSL模式與FTTB+LAN模式

兩種模式的比較見表1:

國內部分運營商基于投入與產出考慮,在以下2個環節進行了節省:

◆ONU備電方面

因采用FTTB方式,ONU設備的數量多,設備分散在小區的各個角落。如果每個ONU都配備蓄電池,將是一筆很大的投資,而且蓄電池使用的壽命不長。為節省投資,部分運營商對一般的ONU設備是不安裝蓄電池的。

存在問題:當停電后,用戶不只上不了網,電話也不能使用,這對于一些商用客戶來說是一個很大的影響。而且相比以前采用交換機方式的電話接入,客戶感受質量下降,投訴率較高。

建議方案:在經常停電區域或是高價值用戶接入的ONU增加備用電池,以解決停電時電話無法使用的情況。

◆接入光纜防雷及樓內ONU設備接地

因大多數樓盤的地網接入不方便,而重新安裝地網費用較高且地網挖裝地點選址困難,尤其是已完工樓盤。為節省投資,運營商對樓內非室外的ONU及光纜在建設時沒有采取防雷接入措施。

存在問題:在雷雨天氣,容易造成部分ONU斷電或ONU短路,設備故障率偏高。

建議方案:完善相關地網及防雷接入措施,可以考慮就近接入大樓地網,或是一個小區自建一個地網,引給各個ONU使用。

(3)FTTH模式

維護投入最少,故障點相對較少,維護最便利,運營投入方面耗電主要來自于對應端口的OLT設備,電費最少。

可以看出,在引入xPON技術后,遠端節點的維護都集中到了OLT側,無源光分發網絡故障率大大降低,寬帶的運維成本下降,尤其是在FTTH模式中,故障點運維費用降到了最低。

3.4 用發展的眼光看FTTx模式選擇

在FTTH討論得如火如荼的今天,越來越多理性的運營商和廠家在冷靜分析其建網投資成本的同時,開始思考如何選擇合適的光纖建網方式以達到最佳投資收益比,大體上都是支持“先利用已有銅線建設FTTB/C,將來再逐步演進到FTTH”的建網思路。

目前國內各大運營商都只在少數高級住宅小區或是辦公樓建設FTTH,而絕大部分還是采用FTTB加最后一段采用DSL入戶或是LAN入戶的建網模式,把DSL及窄帶一體化設備下移接近用戶端,大量減少大對數電纜的布放,推進“光進銅退”,為后續向FTTH演進做鋪墊。

無疑,光纖與銅質纜線的共存,一方面能有效地保護運營商已有的投資,另一方面能使用戶和運營商有效地避免FTTH的投資風險。同時,借鑒DSL技術成功的發展模式,隨著芯片的發展和規模商用經驗的積累,FTTH成本下降將是必然的趨勢。因此,現階段各固網運營商先進行部分的銅纜改造,將光纖節點下移,使之更靠近終端用戶,從而獲得最優性價比的高帶寬網絡;同時在FTTx浪潮中搶占先機,為后續網絡的持續發展和平滑演進到FTTH打下堅實的基礎。

現階段國內FTTx發展也呈現出快速增長的局面,國內各大運營商在全國重點城市已啟動EPON或GPON建設。就廣東而言,廣東電信在一級地市從2008年就開始建設FTTH及FTTB+LAN/DSL試驗網;而在二、三級地市則以建設FTTB+LAN/DSL試驗網為主。2009年,在已完成試驗階段的基礎上,廣東電信已啟動大規模的FTTx建設,據相關消息透露,2009年的建設規模將超過100萬端口。而廣東移動也不落后,在2008年初啟動了基于GPON技術的FTTH試驗網及相關IP城域網的建設,在廣東一級地市已完成試驗階段。

4 結語

可以預見,2009、2010年,將是FTTx寬帶接入大發展的兩年。由于越來越多的運營商大規模部署光纖接入網絡,在2011～2012年間,光纖接入用戶將是國內寬帶接入市場的一個重要部分。而隨著帶寬需求的增長,下一代的PON技術將向10Gbps EPON以及WDM-PON技術發展。下一代PON技術的產品將于2011年左右商用,有可能2020年在網絡中大規模使用。